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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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南京土壤所發(fā)現(xiàn)鐵解作用影響可變電荷土壤吸附含氧酸根陰離子

2020-11-02 南京土壤研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　鐵鋁氧化物是可變電荷土壤中含氧酸根離子的主要吸附載體，磚紅壤發(fā)育的水稻土遭受水耕人為作用，導致氧化鐵形態(tài)和數(shù)量發(fā)生變化。然而，學界尚不清楚砷酸根、磷酸根、鉻酸根等含氧酸根陰離子的吸附行為如何響應這一變化。

　　中國科學院南京土壤研究所研究員徐仁扣團隊從土壤表面電化學性質、吸附熱力學、吸附動力學等方面進行研究。通過砷酸根吸附等溫線、zeta電位、吸附動力學、pH影響和與磷酸根競爭吸附等實驗，比較砷酸根在水稻土和磚紅壤表面的吸附親和能力。結果表明，鐵解作用導致水稻土中游離氧化鐵含量顯著降低，無定形氧化鐵增加。由于無定形氧化鐵活性更高，砷酸根在水稻土上吸附量的降低幅度略遜于游離氧化鐵含量的下降。吉布斯自由能、吸附動力學、zeta電位等數(shù)據(jù)證明砷酸根在水稻土和磚紅壤上發(fā)生明顯的專性吸附。解吸實驗的數(shù)據(jù)表明非靜電吸附是砷酸根的主要吸附機制，占比達91~95%。隨體系pH值的增加和磷酸根的加入，砷酸根的吸附受到抑制。因此，水稻淹水種植過程中導致的酸性土壤pH升高及大量磷肥施入，將造成土壤已固定砷酸根的活化，加劇砷污染危害，應該引起重視。

　　研究人員進一步研究磷酸根在完整土體和不同粒徑土壤顆粒表面的吸附/解吸行為，發(fā)現(xiàn)雖然游離氧化鐵鋁物質是可變電荷土壤中磷酸根的主要吸附載體，但是由于比表面積更大、活性位點更多的無定型鐵鋁氧化物含量的增加，部分抵消水稻土中游離鐵鋁含量下降對吸附的影響。通過攪流池、zeta電位、XPS等技術，研究鉻酸根在磚紅壤發(fā)育水稻土表面吸附特征，發(fā)現(xiàn)鉻酸根在磚紅壤上的吸附容量明顯高于水稻土，但是當去除有機質后，鉻酸根吸附容量分別下降18.0%、41.3%，表明鉻酸根的吸附受到土壤有機質的制約。解吸實驗和zeta電位結果表明，鉻酸根在磚紅壤和水稻土表面主要以非靜電吸附機制為主。動力學實驗結果表明，鉻酸根在水稻土和磚紅壤表面的吸附符合假一級動力學方程，研究發(fā)現(xiàn)，游離金屬氧化物是鉻酸根的主要吸附載體。因此，水稻耕作對可變電荷土壤表面電化學性質及各種含氧酸根陰離子的吸附特性有影響。

　　相關研究成果分別發(fā)表在Chemosphere，Soil & Tillage Research和Science of the Total Environment上，副研究員姜軍、碩士研究生趙震杰和華輝是該研究的主要完成人。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金的資助。

　　論文鏈接：1、2、3

水耕人為作用對鉻酸根吸附特征的影響及其機制

　　鐵鋁氧化物是可變電荷土壤中含氧酸根離子的主要吸附載體，磚紅壤發(fā)育的水稻土遭受水耕人為作用，導致氧化鐵形態(tài)和數(shù)量發(fā)生變化。然而，學界尚不清楚砷酸根、磷酸根、鉻酸根等含氧酸根陰離子的吸附行為如何響應這一變化。
　　中國科學院南京土壤研究所研究員徐仁扣團隊從土壤表面電化學性質、吸附熱力學、吸附動力學等方面進行研究。通過砷酸根吸附等溫線、zeta電位、吸附動力學、pH影響和與磷酸根競爭吸附等實驗，比較砷酸根在水稻土和磚紅壤表面的吸附親和能力。結果表明，鐵解作用導致水稻土中游離氧化鐵含量顯著降低，無定形氧化鐵增加。由于無定形氧化鐵活性更高，砷酸根在水稻土上吸附量的降低幅度略遜于游離氧化鐵含量的下降。吉布斯自由能、吸附動力學、zeta電位等數(shù)據(jù)證明砷酸根在水稻土和磚紅壤上發(fā)生明顯的專性吸附。解吸實驗的數(shù)據(jù)表明非靜電吸附是砷酸根的主要吸附機制，占比達91~95%。隨體系pH值的增加和磷酸根的加入，砷酸根的吸附受到抑制。因此，水稻淹水種植過程中導致的酸性土壤pH升高及大量磷肥施入，將造成土壤已固定砷酸根的活化，加劇砷污染危害，應該引起重視。
　　研究人員進一步研究磷酸根在完整土體和不同粒徑土壤顆粒表面的吸附/解吸行為，發(fā)現(xiàn)雖然游離氧化鐵鋁物質是可變電荷土壤中磷酸根的主要吸附載體，但是由于比表面積更大、活性位點更多的無定型鐵鋁氧化物含量的增加，部分抵消水稻土中游離鐵鋁含量下降對吸附的影響。通過攪流池、zeta電位、XPS等技術，研究鉻酸根在磚紅壤發(fā)育水稻土表面吸附特征，發(fā)現(xiàn)鉻酸根在磚紅壤上的吸附容量明顯高于水稻土，但是當去除有機質后，鉻酸根吸附容量分別下降18.0%、41.3%，表明鉻酸根的吸附受到土壤有機質的制約。解吸實驗和zeta電位結果表明，鉻酸根在磚紅壤和水稻土表面主要以非靜電吸附機制為主。動力學實驗結果表明，鉻酸根在水稻土和磚紅壤表面的吸附符合假一級動力學方程，研究發(fā)現(xiàn)，游離金屬氧化物是鉻酸根的主要吸附載體。因此，水稻耕作對可變電荷土壤表面電化學性質及各種含氧酸根陰離子的吸附特性有影響。
　　相關研究成果分別發(fā)表在Chemosphere，Soil & Tillage Research和Science of the Total Environment上，副研究員姜軍、碩士研究生趙震杰和華輝是該研究的主要完成人。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金的資助。
　　論文鏈接：1、2、3
　　水耕人為作用對鉻酸根吸附特征的影響及其機制
　　

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